Современные концепции происхождения жизни-гипотезы голобиоза и генобиоза

Генобиоз и голобиоз

 

В зависимости от того, что считается первичным, различают два методологических подхода к вопросу возникновения жизни:

 

Генобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

 

Голобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделенных способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

Гипотезы и теории происхождения жизни.
Существует пять научных концепций возникновения жизни:
1. Возникновение живого из неживого, подчиняясь определенным физическим и
химическим закономерностям - (абиотическая концепция);
2. Гипотеза «голобиоза» - концепция протобионта или биода, некоего
доклеточного предка, начальных «жизнеспособных» структур;
3. Гипотеза «генобиоза», т.е. поиска генома как реликтового предка всех
живых клеточных структур, считая, что именно РНК сыграла первостепенную
роль в ёе зарождении жизни;
4. Концепция стационарного состояния жизни - жизнь существовала всегда,
начала жизни не существует;
5. Внеземное происхождение жизни – жизнь была занесена на Землю из Космоса
(концепция панспермии).
В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает
теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого - теория
биогенеза. Эту теорию в середине XIX века противопоставляли ненаучным
представлениям о самозарождении организмов (червей, мух и др.). Однако как
теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально
противопоставляет живое неживому, утверждает отвергнутую наукой идею
вечности жизни.Абиотическая концепция. Абиогенез - идея о происхождении живого изнеживого - исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 (стоимость) г. известный биохимик А.И.Опарин высказал предположение, что при мощныхэлектрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд.лет назадсостояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могливозникнуть простейшие органические соединения, необходимые длявозникновения жизни. Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 (стоимость) г.американский исследователь С.Миллер, ропуская электрические заряды черезсмесь газов и паров, получил ростейшие жирные кислоты, мочевину, уксуснуюи муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом в середине XXвека был кспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных идр. органических веществ в условиях, производящих условия первобытнойЗемли. Гипотеза Опарина о озникновении жизни на Земле опирается напредставление о постепенном усложнении химической структуры иморфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живыморганизмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условиядля образования сложных органических соединений. В концентрированныхрастворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобноводным растворам желатина. А.И.Опарин назвал эти сгустки коацерватнымикаплями или коацерватами.Коацерваты - это обособленные в растворе органические многомолекулярныеструктуры.

Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают какстадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизнибыло озникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследованиясвойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованиюсложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты,способные к амовоспроизведению, стали контролировать синтез белков,определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесссоздания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство,характерное для жизни - способность к воспроизведению подобных себемолекул.Сильная сторона абиогенетической гипотезы - ее эволюционный характер,жизнь – закономерный этап эволюции материи. Возможность экспериментальнойпроверки основных положений гипотезы. На коацерватных каплях ожносымитировать доклеточные фазы зарождения жизни. Слабая сторона гипотезыОпарина опускала воспроизводство протоживых структур в тсутствиимолекулярных структур генетического кода. Гипотеза Опарина предъявляетособые ребования к экспериментальному воспроизведению коацерватныхструктур: «первичный бульон» с химически сложной структурой, элементыбиогенного происхождения (ферменты и коферменты).Абиогенная гипотеза встречает ешительный отпор ученых – сторонников идеивечности и безначальности биологической жизни. Русский ученый биохимик С.П. Костычев в своей брошюре «О появление жизни на Земле» замечает, чтопростейшие организмы посложнее всех фабрик и заводов, и случайноевозникновение жизни маловероятно, жизнь никогда «не создается из мертвойматерии». В тношении самозарождения организмов необходимо отметить, чтоФранцузская Академия наук еще в 1859 (стоимость) г. назначила специальную премию запопытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни. Этупремию в 1862 (стоимость) г. получил знаменитый французский ученый, основоположниксовременной микробиологии Луи Пастер. Своими опытами он доказалневозможность самозарождения микроорганизмов.Важно подчеркнуть, что в настоящее время жизнь на Земле не может возникнутьабиогенным путем. Еще Дарвин в 1871 (стоимость) г. писал: "Но если бы сейчас... вкаком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония ифосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п.,химически образовался белок, способный к дальнейшим все более сложнымпревращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, чтобыло невозможно в период возникновения живых существ". Жизнь возникла наЗемле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого(биогенное происхождение). Возможность овторного возникновения жизни наЗемле исключена. Теория панспермии. Наряду с теорией абиогенного происхождения жизнисуществуют и другие гипотезы. Так, в 1865 (стоимость) г. немецкий врач Г.Рихтервыдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии скоторой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство,могут переноситься с одной планеты на другую. Сходную гипотезу в 1907 (стоимость) г.выдвинул известный шведский естествоиспытатель С.Аррениус, предположив, чтово Вселенной вечно существуют зародыши жизни - гипотезу панспермии. Онописывал, как с населенных другими существами планет уходят в мировоепространство частички ещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Онисохраняют свою изнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счетсветового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни,они начинают новую жизнь на этой планете. Эту гипотезу поддерживали многие,в том числе русские ученые С. П. Костычев, Л. С. Берг и П. П. Лазарев.Данная гипотеза не предполагает какого механизма для объясненияпервичного возникновения жизни и ереносит проблему в другое местоВселенной.

Возможность овторного возникновения жизни наЗемле исключена. Теория панспермии. Наряду с теорией абиогенного происхождения жизнисуществуют и другие гипотезы. Так, в 1865 г. немецкий врач Г.Рихтервыдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии скоторой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство,могут переноситься с одной планеты на другую. Сходную гипотезу в 1907 г.выдвинул известный шведский естествоиспытатель С.Аррениус, предположив, чтово Вселенной вечно существуют зародыши жизни - гипотезу панспермии. Онописывал, как с населенных другими существами планет уходят в мировоепространство частички ещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Онисохраняют свою изнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счетсветового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни,они начинают новую жизнь на этой планете. Эту гипотезу поддерживали многие,в том числе русские ученые С. П. Костычев, Л. С. Берг и П. П. Лазарев.Данная гипотеза не предполагает какого механизма для объясненияпервичного возникновения жизни и ереносит проблему в другое местоВселенной. Либих считал, что «атмосферы небесных тел, а также вращающихсякосмических туманностей можно считать как вековечные хранилища оживленнойформы, как вечные плантации органических зародышей», откуда жизньрассеивается в виде этих зародышей во Вселенной. Подобным образом мыслилиКельвин, Гельмгольц. Для обоснования панспермии обычно используют наскальные рисунки сизображением предметов, похожих на ракеты или космонавтов, или появления НЛО. Полеты космических аппаратов разрушили веру в существование разумнойжизни на планетах солнечной системы, которая появилась после открытияСкипарелли каналов на марсе в 1877 г. Ловелл насчитал на Марсе 700 каналов. Сеть каналов охватывала всематерики. В 1924 г. каналы были сфотографированы, и большинство ученыхувидели в них доказательство существования разумной жизни. Фотоснимки 500каналов зафиксировали и сезонные изменения цвета, которые подтвердили идеисоветского астронома Г. А. Тихова о растительности на Марсе, сколькуозера и каналы имели зеленый цвет. Ценная информация о физических условияхна Марсе была получена советским космическим аппаратом «Марс» иамериканскими посадочными станциями «Викинг-1» и «Викинг-2». Так, полярныешапки, испытывающие сезонные изменения, оказались состоящими из водногопара с примесью минеральной пыли и из твердой двуокиси углерода (сухогольда). Но пока следов жизни на Марсе не найдено. Изучение поверхности с борта искусственных спутников позволилопредположить, что каналы и реки Марса могли возникнуть в результатерастапливания под поверхностного водяного льда в зонах повышеннойактивности или внутреннего тепла планеты или при периодических измененияхклимата. В конце 60-х годов вновь возрос интерес к гипотезам панспермии. Приизучении вещества метеоритов и комет были обнаружены ногие«предшественники живого» - органические соединения, синильная кислота,вода, формальдегид, цианогены. Формальдегид, в частности, обнаружен в 60%случаев в 22 исследованных областях, его облака с концентрацией примерно 1тысяча молекул в кубическом сантиметре заполняют обширные пространства. В1975 г. предшественники аминокислот найдены в лунном грунте и метеоритах. Концепция стационарного состояния жизни. По мнению В. И. Вернадского,нужно говорить об извечности жизни и проявлений ее организмов, как мыговорим об извечности материального субстрата небесных тел, их тепловых,электрических, магнитных свойств и их проявлений. Далек от научных исканийвопрос о начале жизни, как и вопрос о начале материи, теплоты,электричества, магнетизма, движения. Все живое произошло от живого (принципРеди). Примитивные одноклеточные организмы могли возникнуть только вбиосфере Земли, а шире, в биосфере Вселенной. По мнению Вернадского,естественные науки построены на предположении, что жизнь с ее особымикачествами не принимает никакого участия в жизни Вселенной. Но биосферунужно брать как целое, как единый живой космический организм (тогда иотпадает вопрос о начале живого, о скачке от неживого к живому). Гипотеза «голобиоза» касается прообраза доклеточного предка и егоспособностей. Есть различные формы доклеточного предка – «биоид»,«биомонада», «микросфера». Согласно биохимику П. Деккера, структурнуюоснову «биоида» составляют «жизнеподобные» «»неравновесные диссипативные(от лат. «dissipate») структуры, т. е. открытие микросистемы сферментативным аппаратом, катализирующим метаболизм биоида. Эта гипотезатрактует активность доклеточного предка в обменно-метаболическом духе.Именно в рамках гипотезы «голобиоза» моделировали биохимики С. Фокс и К.Дозе свои биополимеры, способные к метаболизму – комплексному белковомусинтезу. Главный недостаток этой гипотезы – отсутствие генетической системыпри таком синтезе. Отсюда предпочтение «молекулярного прародителя» всякогоживого, а не первичной протоклеточной структуры. Гипотеза «генобиоза». Американский ученый Холдейн считал, что первичнойбыла не структура, способная к обмену веществ с окружающей средой, амакромолекулярная система, подобная гену и способная к репродукции, апотому и названным им «голым геном». Общее признание гипотез «генобиоза»получили после открытия РНК и ДНК и их феноменальных свойств. В начале 80-хгг. была установлена способность РНК к самопродукции в отсутствии белковыхферментов. Второй момент – открытие у РНК автокаталитических функций.Именно объединение двух функций – каталитической и информационно-генетической – привело к тому, что макромолекулярная система сталаспособной к саморепродукции. Древняя РНК совмещала в себе черты фенотипа игенотипа, была подвержена как генетическим преобразованиям, так иестественному отбору, т. е. она эволюционировала. Итак, РНК сыграла первостепенную роль в зарождении жизни. Но мы же знаем, что современный геном биосферы именно ДНК, а не РНК. Но как этообъяснить, Ревертаза и матричный синтез с ДНК на РНК явились компонентамиединого для всего живого доклеточного предка. Но эволюция последнего шла всторону современной ДНК и утраты им самостоятельных каталитических функций. РНК является той первичной информационной молекулой, которая стояла уистоков жизни. Вот так решает современная наука вопрос о прообразедоклеточного предка живой материи.